本发明属于水泥烧成设备领域，具体涉及到一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机及冷却方法。该冷却机的上层为窑门罩；在窑门罩远离回转窑的一端为细颗粒沉降室；冷却机中层为设在回转窑落料点下方的粗料冷却区及设在细颗粒沉降室下方的细料冷却区；粗料冷却区底部一侧设有粗料侧进风口，粗料冷却区顶部设有正对细颗粒沉降室的颗粒分级风道；在冷却机的下层设有将粗料冷却区和细料冷却区的落料进行再次冷却的二次冷却区，二次冷却区包括设在冷却机底端的若干下料灰斗。本发明实现了熟料分级分别冷却换热，可以达到很好的气固换热效果，通过粒径分级可以降低熟料的料层阻力，节能降耗；通过熟料从上至下两次冷却过程，实现良好的熟料冷却效果。